Ingenieurs van de University of Wisconsin-Madison hebben het mogelijk gemaakt om op afstand de temperatuur onder het oppervlak van bepaalde materialen te bepalen met behulp van een nieuwe techniek die ze dieptethermografie noemen. De methode kan nuttig zijn in toepassingen waar traditionele temperatuursondes niet werken, zoals het monitoren van de prestaties van halfgeleiders of kernreactoren van de volgende generatie.

Veel temperatuursensoren meten warmtestraling, waarvan de meeste zich in het infraroodspectrum bevinden, loskomen van het oppervlak van een object. Hoe heter het voorwerp, hoe meer straling het afgeeft, dat is de basis voor gadgets zoals warmtebeeldcamera's.

Diepte thermografie, echter, gaat verder dan het oppervlak en werkt met een bepaalde klasse materialen die gedeeltelijk transparant zijn voor infraroodstraling.

"We kunnen het spectrum van thermische straling die door het object wordt uitgezonden meten en een geavanceerd algoritme gebruiken om de temperatuur af te leiden, niet alleen aan het oppervlak, maar maar ook onder de oppervlakte, tientallen tot honderden microns in, " zegt Michail Kats, een UW-Madison professor in elektrische en computertechniek. “Dat kunnen we precies en nauwkeurig doen, althans in sommige gevallen."

Katten, zijn onderzoeksmedewerker Yuzhe Xiao en collega's beschreven de techniek dit voorjaar in het tijdschrift ACS Fotonica .

Voor het project, het team verhitte een stuk gesmolten silica, een soort glas, en analyseerde het met behulp van een spectrometer. Vervolgens maten ze temperatuurmetingen van verschillende diepten van het monster met behulp van eerder door Xiao ontwikkelde rekentools, waarin hij de thermische straling berekende die werd afgegeven door objecten die uit meerdere materialen waren samengesteld. Achteruit werken, ze gebruikten het algoritme om de temperatuurgradiënt te bepalen die het beste bij de experimentele resultaten past.

Kats zegt dat deze specifieke inspanning een proof of concept was. Bij toekomstig werk, hij hoopt de techniek toe te passen op meer gecompliceerde meerlaagse materialen en hoopt machine learning-technieken toe te passen om het proces te verbeteren. Eventueel, Kats wil dieptethermografie gebruiken om halfgeleiderapparaten te meten om inzicht te krijgen in hun temperatuurverdelingen terwijl ze werken.

Dat is niet de enige mogelijke toepassing van de techniek. Dit type 3D-temperatuurprofilering kan ook worden gebruikt om wolken van gassen en vloeistoffen met een hoge temperatuur te meten en in kaart te brengen.

"Bijvoorbeeld, we anticiperen op relevantie voor gesmolten-zout kernreactoren, waar je wilt weten wat er gaande is in termen van temperatuur van het zout door het hele volume, "zegt Kats. "Je wilt het doen zonder in temperatuursondes te steken die het misschien niet lang overleven bij 700 graden Celsius."

Hij zegt ook dat de techniek kan helpen bij het meten van de thermische geleidbaarheid en optische eigenschappen van materialen zonder de noodzaak om temperatuursondes te bevestigen.

"Dit is een volledig afgelegen, contactloze manier om de thermische eigenschappen van materialen te meten op een manier die je voorheen niet kon doen, ' zegt Kats.